DE102016108113A1

DE102016108113A1 - Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom

Info

Publication number: DE102016108113A1
Application number: DE102016108113.2A
Authority: DE
Inventors: Bernd Burkhardt; Dennis Sailer; Stefan Sauer
Original assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Current assignee: Friedrich Boysen GmbH and Co KG
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-05-03
Also published as: DE102016108113B4

Abstract

Eine Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom umfasst ein Gehäuse, das von dem Gasstrom in einer Strömungsrichtung durchströmbar ist, eine in das Gehäuse mündende Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Flüssigkeit in einen Einspritzbereich und eine Verdampfereinheit, die mehrere Verdampferplatten umfasst, welche in dem Gehäuse über dessen Strömungsquerschnitt verteilt und zumindest teilweise in den Einspritzbereich hineinragend angeordnet sind. Die Verdampferplatten sind derart angeordnet und geformt, dass eine vorgegebene Beaufschlagungscharakteristik erzielbar ist, bei der in einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich der Vorrichtung für jede der Verdampferplatten die Masse an pro Zeiteinheit oder Einspritzvorgang auf ihr auftreffender Flüssigkeit und/oder die Flächenbeaufschlagungsdichte der auf ihr auftreffenden Flüssigkeit zumindest im Wesentlichen gleich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, insbesondere zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, das von dem Gasstrom in einer Strömungsrichtung durchströmbar ist, wenigstens eine in das Gehäuse mündende Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Flüssigkeit in einen Einspritzbereich und eine Verdampfereinheit, die mehrere Verdampferplatten umfasst, welche in dem Gehäuse über dessen Strömungsquerschnitt verteilt und zumindest teilweise in den Einspritzbereich hineinragend angeordnet sind.
Aufgrund stets strenger werdender Abgasvorschriften für Verbrennungsmotoren ist es erforderlich, Stickoxide (NOx) im Abgas so weit wie möglich zu reduzieren. Eine bekannte Möglichkeit besteht darin, die Stickoxide in einer sogenannten selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren. Dies erfolgt in einem sogenannten SCR-Katalysator unter Verwendung eines in das Abgas eingespritzten Reduktionsmittels. Insbesondere kann hierfür ein Wasser-Harnstoff-Gemisch verwendet werden, dessen Harnstoff im Abgas zu Ammoniak zerfällt, welches anschließend mit den Stickoxiden reagiert. Des Weiteren kann auch Flüssigkraftstoff in Form unterschiedlicher Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) in das Abgas eingespritzt werden. Das Verteilen von flüssigen Reduktionsmitteln im Abgas gewinnt insbesondere bei motornahe Abgasbehandlungsanlagen zunehmend an Bedeutung.
Entscheidend ist bei derartigen Reduktionsverfahren grundsätzlich, dass das Reduktionsmittel möglichst gleichmäßig in und mit dem Abgas vermischt wird und eine möglichst vollständige Verdampfung bzw. Thermolyse des flüssigen Reduktionsmittels erzielt wird, um einen hohen Wirkungsgrad bei der Reduktion der Stickoxide zu erreichen. Die Verdampferplatten der Verdampfereinheit unterstützen diese Prozesse, da sie sich durch das vorbeiströmende Abgas aufheizen und damit zur Verdampfung der eingesprühten Flüssigkeitstropfen beitragen, insbesondere der Tropfen, die auf sie auftreffen.
Problematisch ist hierbei, dass die Flüssigkeit im Allgemeinen nicht gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt verteilt eingesprüht werden kann und außerdem in Abhängigkeit von der Sprühcharakteristik der Einspritzeinrichtung und der Strömungscharakteristik das Gasstroms unterschiedlich verweht wird, was beispielsweise eine so genannte "Strähnenbildung" nach sich ziehen kann. Diesen unerwünschten Effekten könnte durch eine größere Mischstrecke und/oder zusätzliche Mischerstrukturen entgegengewirkt werden, was jedoch nicht nur mit einem hohen Aufwand und dementsprechenden Kosten verbunden ist, sondern bei vielen Anwendungen auch aufgrund von Bauraumbeschränkungen generell nicht in Frage kommt. Es ist in der Praxis auch oftmals schwierig, unerwünschte Ablagerungen von unverdampftem Reduktionsmittel auf den Verdampferplatten und auf der Gehäusewand zu vermeiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verteilung und Verdampfung von in einen Gasstrom eingespritzten Flüssigkeiten auf möglichst einfache Weise zu verbessern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß sind die Verdampferplatten derart angeordnet und geformt, dass eine vorgegebene Beaufschlagungscharakteristik erzielbar ist, bei der in einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich der Vorrichtung für jede der Verdampferplatten die Masse an pro Zeiteinheit oder Einspritzvorgang auf ihr auftreffender Flüssigkeit und/oder die Flächenbeaufschlagungsdichte der auf ihr auftreffenden Flüssigkeit zumindest im Wesentlichen gleich ist.
Auf diese Weise können lokal überhöhte Wandbenetzungen, welche die Hauptursache von Ablagerungen sind, vermieden werden. Die durch die Verdampferplatten bereitgestellte Verdampfungsfläche kann in optimaler Weise genutzt werden. Es hat sich gezeigt, dass es bei der Gestaltung der Verdampfereinheit durch eine gezielte Berücksichtigung der Beaufschlagungscharakteristik einzelner Plattensegmente möglich ist, Sprühverwehungen bei relativ geringen Druckverlusten weitgehend oder sogar vollständig zu kompensieren und so einen besonders ablagerungsarmen oder sogar quasi ablagerungsfreien Betrieb einer SCR-Anlage zu erreichen.
Die Möglichkeiten zum Erzielen der vorgegebenen Beaufschlagungscharakteristik durch spezielle Plattengestaltung sind vielfältig, so dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung flexibel an unterschiedliche Anwendungsvorgaben angepasst werden kann. Mit anderen Worten können die nachfolgend beschriebenen Maßnahmen beliebig kombiniert oder unabhängig voneinander realisiert werden, um die für die jeweilige Anwendung optimale Massen- und/oder Flächenbeaufschlagungsdichte zu erreichen.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Verdampferplatten zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich weit in den Einspritzbereich hineinragen. Beispielsweise können die Verdampferplatten umso weiter in den Einspritzbereich hineinragen, je weiter die betreffende Platte von der Einspritzeinrichtung entfernt ist. Dadurch kann der Verringerung der Flüssigkeitsdichte in einem Sprühkegel mit zunehmendem Abstand von der Mündung der Einspritzeinrichtung Rechnung getragen werden. Eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeitströpfchen innerhalb des Querschnitts des Sprühkegels kann dadurch ebenfalls berücksichtigt werden.
Eine ungleichmäßige Verteilung der Flüssigkeitströpfchen innerhalb des Querschnitts des Sprühkegels kann grundsätzlich auch dazu genutzt werden, eine auf allen Verdampferplatten im Wesentlichen gleiche Flächenbeaufschlagungsdichte zu erzielen.
Alternativ oder zusätzlich zu einer unterschiedlichen Anordnung der Verdampferplatten relativ zum Einspritzbereich können die Verdampferplatten zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich gekrümmte An- und/oder Abströmkanten aufweisen.
Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung sieht hierbei vor, dass wenigstens eine der Verdampferplatten eine konkave Anströmkante und wenigstens eine weitere der Verdampferplatten eine konvexe Anströmkante aufweist.
Ferner kann wenigstens eine der Verdampferplatten zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik mit zumindest einer Aussparung versehen sein. Hierbei kann es sich je nach Anwendung um eine offene, insbesondere um eine U-förmige oder bogenförmige Aussparung an der Anströmkante oder um eine umfänglich geschlossene Aussparung handeln. Bestimmte Bereiche der entsprechenden Verdampferplatte können so auf einfache Weise von einer Beaufschlagung ausgenommen werden, um die Beaufschlagungscharakteristik in einer gewünschten Weise anzupassen.
Die Verdampferplatten können zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich große und/oder unterschiedlich geformte Aussparungen aufweisen.
Beispielsweise können die Aussparungen umso kleiner sein, je weiter die betreffende Verdampferplatte von der Einspritzeinrichtung entfernt ist. Auf diese Weise kann z. B. gezielt lediglich der radiale Außenbereich eines Sprühkegels für die Plattenbenetzung vorgesehen werden. Mit anderen Worten kann eine selektive "Abschälung" des Sprühkegels durch die Verdampferplatten bewerkstelligt werden. In bestimmten Fällen kann die Größe der Aussparungen mit zunehmender Entfernung von der Einspritzeinrichtung auch zunehmen. Die Abhängigkeit der Größe der Aussparungen von der Entfernung der betreffenden Verdampferplatte zur Einspritzeinrichtung kann grundsätzlich je nach Sprühcharakteristik der Einspritzeinrichtung auch einen anderen Verlauf aufweisen. Beispielsweise könnte die Größe der Aussparungen mit zunehmender Entfernung vom Einspritzzentrum zunächst ansteigen und sich dann wieder verringern.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ragt die Aussparung in den Einspritzbereich hinein oder ist vollständig innerhalb des Einspritzbereichs angeordnet, so dass sie einen ausgeprägten Einfluss auf die Beaufschlagungscharakteristik der zugehörigen Verdampferplatte aufweist. Sofern mehrere Aussparungen in einer Verdampferplatte oder in mehreren Verdampferplatten vorgesehen sind, ist es bevorzugt, dass jede der Aussparungen in den Einspritzbereich hineinragt oder vollständig innerhalb des Einspritzbereichs angeordnet ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der Verdampferplatten zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik einen gekrümmten Flächenabschnitt, vorzugsweise mehrere in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Flächenabschnitte, aufweist. Die gekrümmten Flächenabschnitte bewirken je nach Ausrichtung eine Verringerung oder eine Erhöhung der Flächenbeaufschlagungsdichte gegenüber einer ebenen Fläche. Zusätzlich können die gekrümmten Flächenabschnitte die Verteilung der auftreffenden Flüssigkeit verbessern.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung ist wenigstens eine der Verdampferplatten zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet, insbesondere an einem stromabwärtigen Abschnitt. Ein wellenförmiger Verlauf der Plattenfläche kann insbesondere die Verteilung eines entstehenden Films beeinflussen. Darüber hinaus kann ein wellenförmiger Verlauf der Plattenfläche eine Drallerzeugung bewirken, welche die Verteilung der Flüssigkeit weiter verbessert. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist jeweils ein stromaufwärts gelegener Abschnitt der Verdampferplatten zumindest im Wesentlichen eben, während ein stromabwärts gelegener Abschnitt der Verdampferplatten wellenförmig ausgestaltet ist. Insbesondere können die Verdampferplatten abschnittsweise geformt sein wie die in der DE 10 2012 221 342 A1 beschriebenen Leiteinrichtungen.
Wenigstens eine der Verdampferplatten kann in einem Querschnitt des Gehäuses gesehen zumindest abschnittsweise geneigt oder schräg angeordnet sein. Hierdurch kann insbesondere die Verteilung eines sich auf der Verdampferplatte bildenden Films verbessert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung zwei getrennte Anordnungen aus mehreren benachbarten, insbesondere jeweils parallel zueinander verlaufenden Verdampferplatten, wobei die Verdampferplatten der beiden Anordnungen schräg zueinander verlaufen. Dadurch wird ein Druckgefälle vom Zentrum zur Seite der Verdampferplatten erzeugt, welches die Verteilung eines Films über eine größere Fläche unterstützt.
Zum Zweck der Filmverteilung und/oder zur Anpassung der Beaufschlagungscharakteristik kann ferner wenigstens eine der Verdampferplatten einen, vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden, Knick aufweisen. Als besonders vorteilhaft hat sich eine dachförmige oder V-förmige Ausgestaltung der Verdampferplatten erwiesen.
Es kann vorgesehen sein, dass zwischen den Verdampferplatten der beiden Anordnungen ein Freiraum besteht, insbesondere wobei der Freiraum bezüglich des Querschnitts des Einspritzbereichs mittig angeordnet ist. Hierdurch wird die Filmbildungsgrenze erhöht und so einer Bildung dauerhafter Flüssigkeitsansammlungen entgegengewirkt.
Die Verdampferplatten können zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann wenigstens drei und bevorzugt wenigstens vier zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnete Verdampferplatten umfassen, die in gleicher gegenseitiger Beabstandung angeordnet sind. Eine derartige äquidistante Verteilung hat sich für bestimmte Anwendungen als besonders günstig hinsichtlich einer gleichmäßigen segmentweisen Beaufschlagung mit Flüssigkeitstropfen erwiesen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine ungleichmäßige Verteilung der Verdampferplatten über den Querschnitt des Gehäuses möglich.
Die Verdampferplatten können ferner gegenüber der Strömungsrichtung zumindest abschnittsweise angestellt sein, um die Reduktionsmittelbeaufschlagung zu beeinflussen und erforderlichenfalls den Gegendruck zu modifizieren.
Vorzugsweise definiert die Einspritzeinrichtung eine Haupteinspritzrichtung, die rechtwinklig oder schräg zur Strömungsrichtung verläuft. Das heißt, es ist bevorzugt, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen seitlich in Richtung der Verdampferflächen gespritzt wird, um so die Verdampferplatten segment- oder abschnittsweise zu beaufschlagen.
Es kann vorgesehen sein, dass sich die Verdampferplatten unterschiedlich weit entlang der Strömungsrichtung erstrecken. Mit anderen Worten können die Verdampferplatten eine unterschiedliche Länge aufweisen, um die Beaufschlagungscharakteristik bzw. die Strömungscharakteristik im Bereich der Verdampfereinheit in einer gewünschten Weise anzupassen.
Bevorzugt erstreckt sich die am weitesten von der Einspritzeinrichtung entfernte Verdampferplatte am weitesten entlang der Strömungsrichtung. Dies hat sich hinsichtlich der Verdampfungswirkung als besonders günstig herausgestellt.
Es ist bevorzugt, dass wenigstens eine der Verdampferplatten eine gezahnte Anströmkante und/oder eine gezahnte Abströmkante aufweist. Beispielsweise kann die Abströmkante mit einer Sägezahnstruktur versehen sein. Die Zähne wirken einer unerwünschten Flüssigkeitsansammlung entgegen.
Vorzugsweise weist wenigstens eine der Verdampferplatten eine Anströmkante und/oder eine Abströmkante auf, die mit einer Anfasung versehen ist. Totwassergebiete im Bereich der betreffenden Plattenkante können durch eine Anfasung verhindert werden.
Wenigstens eine der Verdampferplatten kann perforiert sein, um Turbulenzen im Gasstrom zu erzeugen und Strömungsablösungen zu minimieren.
Eine Erzeugung von Turbulenzen kann auch dadurch erzielt werden, dass wenigstens eine der Verdampferplatten eine zumindest abschnittsweise aufgerauhte Oberfläche aufweist und/oder wellblechartig ausgeführt ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, insbesondere zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, insbesondere gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, das einen Eingangsabschnitt, einen Ausgangsabschnitt und eine in Strömungsrichtung des Gasstroms zwischen dem Eingangsabschnitt und dem Ausgangsabschnitt liegende Turbulenzgeneratorstufe aufweist, und eine stromaufwärts der Turbulenzgeneratorstufe in das Gehäuse mündende Einspritzeinrichtung zum Einspritzen der Flüssigkeit in einen Einspritzbereich.
Erfindungsgemäß sind der Eingangsabschnitt und der Ausgangsabschnitt derart ausgestaltet, dass Längsachsen der jeweiligen Strömungshauptrichtung oder eine jeweilige Mittelachse des Gehäuses im Bereich des Eingangsabschnitts und des Ausgangsabschnitts schräg, insbesondere senkrecht, zueinander angeordnet sind, wobei eine Wandung des Gehäuses im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe einen Umlenkabschnitt aufweist, der von zumindest einem Teil des von dem Eingangsabschnitt kommenden Gasstroms anströmbar ist und der zur Erzeugung einer Drallkomponente im Gasstrom zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.
Es wird also durch die Formgebung der Gehäusewand eine Drallkomponente erzeugt. Separate Drallerzeugungseinrichtungen wie z. B. turbinenartige Mischer sind dann nicht zwingend erforderlich, um dem Gasstrom einen Tangentialimpuls und somit eine Drallkomponente aufzuprägen. Die Drallerzeugung durch Formgebung ermöglicht daher eine verbesserte Mischwirkung und einen erhöhten Verdampfungsgrad bei vergleichsweise geringem Gegendruck.
Der Umlenkabschnitt kann grundsätzlich auch in einer Ebene senkrecht zur Krümmungsebene gekrümmt, insbesondere ausgewölbt oder bauchig, ausgestaltet sein.
Der Umlenkabschnitt kann ferner für eine direkte Anströmung im Bereich einer Abwinklung des Gehäuses angeordnet sein. Bei direkter Anströmung des Umlenkabschnitts kann sich ein ausgeprägter gerichteter Drall ergeben, welcher die Verweilzeit der Tropfen erhöht und somit die Verdampfungsleistung verbessert. Sofern zur Verringerung des Gegendrucks lediglich die Erzeugung einer gering ausgeprägten Drallkomponente, also gewissermaßen eines partiellen Dralls, gewünscht ist, so kann dies leicht durch eine entsprechende Formgebung des Umlenkabschnitts erzielt werden.
Der Eingangsabschnitt und/oder Ausgangsabschnitt kann/können rohrförmig sein, also beispielsweise durch einen Rohrabschnitt oder durch Rohrabschnitte des zugehörigen Abgasstrangs gebildet sein.
Vorzugsweise liegt die Strömungshauptrichtung im Bereich des Eingangsbereichs in einer Krümmungsebene des Umlenkabschnitts.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Längsachsen der jeweiligen Strömungshauptrichtung oder Mittelachsen einen Winkel von wenigstens 70° und vorzugsweise von etwa 90° einschließen. Prinzipiell kann der Winkel an die Bauraumanforderungen des zugehörigen Abgassystems angepasst sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Strömungsquerschnitt des Gehäuses im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe erweitert, vorzugsweise um mindestens 150% und höchstens 200%. Die Durchmischung kann durch eine solche Querschnittserweiterung weiter verbessert werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein Zentrum der Turbulenzgeneratorstufe bezüglich der Längsachse der Strömungshauptrichtung oder der Mittelachse des Eingangsabschnitts und/oder bezüglich der Längsachse der Strömungshauptrichtung oder der Mittelachse des Ausgangsabschnitts versetzt angeordnet ist. Durch eine solche "exzentrische" Strömungsführung im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe wird eine besonders effektive Drallerzeugung erzielt.
Die Turbulenzgeneratorstufe kann zwei Umlenkabschnitte aufweisen, die für eine gemeinsame Anströmung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere wobei die Krümmungen der beiden Umlenkabschnitte in einer gemeinsamen Ebene liegen. Auf diese Weise wird ein Doppeldrall erzeugt, also z. B. zwei nebeneinander liegende gegensinnige Drallkomponenten.
Die Umlenkabschnitte können an einer Übergangskante aneinandergrenzen, die eine Mittelachse des Eingangsabschnitts schneidet und/oder die parallel zu einer Mittelachse des Ausgangsabschnitts verläuft. Insbesondere kann eine symmetrische Anströmung der Übergangskante vorgesehen sein, um zwei zumindest im Wesentlichen gleich große Drallbereiche zu erzeugen. Speziell kann die Anordnung aus den beiden Umlenkabschnitten die Form einer halben "liegenden Acht" aufweisen. Die Übergangskante muss nicht zwingend scharf sein, sondern kann auch den schwerpunktmäßigen Verlauf eines relativ glatten Übergangs zwischen den beiden Umlenkabschnitten beschreiben.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Strömungsleitelement, beispielsweise in Form eines einfachen Leitblechs, im Inneren der Turbulenzgeneratorstufe angeordnet ist oder in diese hineinreicht. Die Erzeugung der Drallkomponente kann durch ein solches Strömungsleitelement in vielfältiger Weise angepasst, insbesondere verstärkt, werden. Weiterhin kann ein Strömungsleitelement eine zusätzliche Verdampferfläche bereitstellen.
Das wenigstens eine Strömungsleitelement kann zumindest im Bereich des Umlenkabschnitts eine der Wandung vorgelagerte und hinterströmbare Zwischenwand bilden. Hierdurch wird eine besonders ausgeprägte Erhöhung der Verdampfungswirkung erzielt.
Das wenigstens eine Strömungsleitelement kann zumindest für einen Teilstrom des Gasstroms eine wandnahe Einleitung zu dem Umlenkabschnitt bewirken. Auf diese Weise kann je nach Lage des Krümmungszentrums des Umlenkabschnitts für den betreffenden Teilstrom gegenüber einer zentralen Einleitung eine Drallumkehr bewirkt werden, um so die Durchmischung weiter zu verbessern.
Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine oder ein weiteres Strömungsleitelement als Strömungsteiler ausgeführt, insbesondere wobei der Strömungsteiler einen keilförmigen oder rautenförmigen Längsschnitt aufweist. Ein solcher Strömungsteiler ist bevorzugt stromaufwärts der Übergangskante angeordnet, besonders bevorzugt stromabwärts des Eingangsabschnitts und im Eingangsbereich der Turbulenzgeneratorstufe.
Das wenigstens eine Strömungsleitelement kann eine Anströmkante und/oder eine Abströmkante aufweisen, die mit einer Anfasung versehen ist, um Totwassergebiete zu vermeiden.
Vorzugsweise ist der Umlenkabschnitt unmittelbar stromabwärts einer Verdampfereinheit angeordnet, die beispielsweise mehrere Verdampferplatten umfasst. Dies hat sich hinsichtlich der von der Vorrichtung erzeugten Misch- und Verdampfungswirkung als besonders günstig herausgestellt.
Das wenigstens eine Strömungsleitelement kann mit der stromaufwärtigen Verdampfereinheit überlappend angeordnet sein und/oder in diese hineinreichen. Insbesondere kann das wenigstens eine Strömungsleitelement in eine wie vorstehend beschriebene Verdampfereinheit integriert sein. Dies ermöglicht eine besonders effektive Verdampfung der Flüssigkeit bei geringer Baugröße der Vorrichtung.
Es kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Verdampferplatten in die Turbulenzgeneratorstufe hineinragt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom.
2 zeigt eine Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Perspektivansicht.
3 zeigt die Verdampfereinheit gemäß 2 in einer Seitenansicht.
4 zeigt eine alternativ gestaltete Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Perspektivansicht.
5 zeigt die Verdampfereinheit gemäß 4 in einer Vorderansicht.
6 zeigt eine weitere alternativ gestaltete Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Seitenansicht.
7 zeigt eine Verdampferplatte der Verdampfereinheit gemäß 6.
8 zeigt eine weitere alternativ gestaltete Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Perspektivansicht.
9 zeigt die Verdampfereinheit gemäß 8 in einer Seitenansicht.
10 zeigt eine weitere alternativ gestaltete Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Vorderansicht.
11 zeigt eine weitere alternativ gestaltete Verdampfereinheit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Perspektivansicht.
12 zeigt die Verdampfereinheit gemäß 11 in einer Vorderansicht.
13 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, welche mit einer Turbulenzgeneratorstufe ausgestattet ist.
14 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 13.
15 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, welche mit einer alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe ausgestattet ist.
16 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
17 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
18 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
19 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
20 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
21 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren alternativ gestalteten Turbulenzgeneratorstufe.
22 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Turbulenzgeneratorstufe und einem darin angeordneten Strömungsleitelement.
23 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem alternativ gestalteten Strömungsleitelement.
24 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem weiteren alternativ gestalteten Strömungsleitelement.
25 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer speziell geformten Turbulenzgeneratorstufe.
26 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer weiteren speziell geformten Turbulenzgeneratorstufe.
27 ist eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, die mit einer Kombination aus einer Verdampfereinheit und einer Turbulenzgeneratorstufe versehen ist.
28 zeigt den Übergang zwischen der Verdampfereinheit und dem Turbulenzgenerator bei der Vorrichtung gemäß 27.
29 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, die mit einer Kombination aus einer Verdampfereinheit und einem Turbulenzgenerator versehen ist.
30 zeigt eine beispielhafte Anordnung von Verdampferplatten in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom in einer Seitenansicht.
31 zeigt eine zu der Anordnung gemäß 30 alternative Anordnung von Verdampferplatten.
1 zeigt einen Teil eines Abgasstrangs 50, in den ein Dieseloxidationskatalysator 53 und ein stromabwärts desselben angeordneter Partikelfilter 55 integriert sind. Zwischen dem Dieseloxidationskatalysator 53 und dem Partikelfilter 55 befindet sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung 57 zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Zusatzstoffs wie z. B. eines Wasser-Harnstoff-Gemischs in den Abgasstrom. Die Vorrichtung 57 umfasst ein von dem Abgasstrom durchströmbares Gehäuse 59 sowie eine in das Gehäuse 59 mündende Einspritzeinrichtung 58, welche den flüssigen Zusatzstoff quer zur Strömungsrichtung S in einen kegelförmigen Einspritzbereich 66 einspritzt. In dem Gehäuse 59 ist eine Verdampfereinheit 60 angeordnet, die nachfolgend noch genauer beschrieben wird. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 57 eine Turbulenzgeneratorstufe 65, die ebenfalls nachfolgend näher beschrieben wird.
Eine Verdampfereinheit 60 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den 2 und 3 gezeigt. Wie dargestellt umfasst die Verdampfereinheit 60 eine Anordnung aus mehreren Verdampferplatten 70, welche in dem Gehäuse 59 über dessen Strömungsquerschnitt verteilt und zumindest teilweise in den Einspritzbereich 66 hineinragend angeordnet sind. Die Verdampferplatten 70 sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines Halteblechs 71 zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung S und in zumindest im Wesentlichen gleicher gegenseitiger Beabstandung angeordnet. Grundsätzlich könnte auch eine ungleichmäßige Verteilung über den Strömungsquerschnitt vorgesehen sein. Ebenso könnten die Verdampferplatten 70 gegenüber der Strömungsrichtung S zumindest abschnittsweise angestellt sein. Die durch die Einspritzeinrichtung 58 definierte Haupteinspritzrichtung H verläuft bei der gezeigten Ausführungsform schräg zur Strömungsrichtung S. Der entsprechende Winkel kann an die jeweilige Anwendung angepasst sein.
Die Platten 70 können auch ohne das Blech 71 direkt in dem Gehäuse 59 befestigt sein. Insbesondere ist das Gehäuse 59 rohrförmig.
Erfindungsgemäß sind die Verdampferplatten 70 derart angeordnet und geformt, dass eine vorgegebene Beaufschlagungscharakteristik erzielbar ist, bei der in einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich der Vorrichtung (z.B. bei bestimmten Lastpunkten oder -bereichen eines Motors, dessen Abgase durch den Strang 50 strömen) für jede der Verdampferplatten 70 die Masse an pro Zeiteinheit oder Einspritzvorgang auf ihr auftreffender Flüssigkeit und/oder die Flächenbeaufschlagungsdichte der auf ihr auftreffenden Flüssigkeit zumindest im Wesentlichen gleich ist.
Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, dass – wie in 2 und 3 erkennbar ist – die Verdampferplatten 70 unterschiedlich weit in den Einspritzbereich 66 hineinragen und ferner jeweilige Anströmkanten 72 der Verdampferplatten 70 unterschiedliche, z. B. konkave, geradlinige und konvexe, Krümmungen aufweisen.
Die in 3 untere Verdampferplatte 70 weist im stromabwärtigen Bereich eine wellenartige Krümmung 75 auf, die insbesondere wie in der DE 10 2012 221 342 A1 beschrieben ausgestaltet sein kann. Es können auch mehrere der Verdampferplatten 70 solche Krümmungen 75 aufweisen, wie dies in 4 und 5 dargestellt ist.
Die Verdampferplatten 70 können sich prinzipiell unterschiedlich weit entlang der Strömungsrichtung S erstrecken, wie dies auch in 6 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die unterste, also die am weitesten von der Einspritzeinrichtung 58 entfernte Verdampferplatte 70, am weitesten entlang der Strömungsrichtung S.
7 zeigt eine ebene Verdampferplatte 70, die zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik mit einer offenen Aussparung 77 im Bereich der Anströmkante 72 versehen ist. Die Anströmkante 72 und die Abströmkante 82 der Verdampferplatte 70 sind jeweils mit einer Anfasung 83, 83' versehen, wie im oberen Einsatzbild von 7 gezeigt ist. Solche Anfasungen 83, 83' können grundsätzlich – wo erforderlich – bei jeder der in den Gasstrom ragenden Kanten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 57 (1) vorgesehen sein. Die Abströmkante 82 der in 7 gezeigten Verdampferplatte 70 weist eine Sägezahnstruktur 85 auf, um einer unerwünschten Flüssigkeitsansammlung entgegenzuwirken. Zur Steigerung der Misch- und Verdampfungsleistung kann eine Oberfläche 86 der Verdampferplatte 70 perforiert, aufgerauht und/oder wellblechartig gestaltet sein, was für alle vorstehend und nachstehend beschriebenen Verdampferplatten gilt.
8 bis10 zeigen alternativ gestaltete Verdampferplatten 90, die jeweils einen parallel zur Strömungsrichtung S verlaufenden Knick 93 aufweisen und dachförmig ausgestaltet sind. Weiterhin weisen die in 8 bis 10 gezeigten Verdampferplatten 90 zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedliche Aussparungen 77' auf, die wie gezeigt im Einspritzbereich 66 angeordnet und umso größer sind, je weiter die betreffende Verdampferplatte 90 von der Einspritzeinrichtung 58 entfernt ist.
Bei dem in 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei getrennte Anordnungen 95, 96 aus mehreren jeweils parallel zueinander verlaufenden Verdampferplatten 100 vorgesehen, wobei die Verdampferplatten 100 der beiden Anordnungen 95, 96 schräg zueinander verlaufen. Zwischen den Verdampferplatten 100 der beiden Anordnungen 95, 96 besteht ein Freiraum 103, der bezüglich des Querschnitts des Einspritzbereichs 66 in etwa mittig angeordnet ist.
In 13 und 14 ist eine Vorrichtung 57' zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom dargestellt, die ein Gehäuse 59 mit einem Eingangsabschnitt 105, einem Ausgangsabschnitt 107 und einer dazwischen befindlichen Turbulenzgeneratorstufe 110 aufweist. Die Einspritzeinrichtung 58 mündet stromaufwärts der Turbulenzgeneratorstufe 110 in das Gehäuse 59.
Der Eingangsabschnitt 105 und der Ausgangsabschnitt 107 sind derart ausgestaltet, dass ihre Mittelachsen M1, M2 rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe 110 bildet eine Wandung 113 des Gehäuses 59 einen ausgewölbten oder bauchigen Umlenkabschnitt 115. Während des Betriebs der Vorrichtung 57' gelangt ein erster Teilstrom 116 des Abgases direkt vom Eingangsabschnitt 105 in den Ausgangsabschnitt 107, während ein zweiter Teilstrom 117 den Umlenkabschnitt 115 anströmt. Aufgrund der Krümmung des Umlenkabschnitts 115 (siehe 14) kommt es hierbei zur Erzeugung einer gerichteten Drallkomponente im zweiten Teilstrom 117. Der mit der Drallkomponente versehene zweite Teilstrom 117 gelangt schließlich ebenfalls in den Ausgangsabschnitt 107.
Die Achse dieser Drallkomponente liegt in 13 im Wesentlichen in der Bildebene und steht in 14 im Wesentlichen senkrecht darauf.
In der Draufsicht gemäß 14 ist zu erkennen, dass der Strömungsquerschnitt des Gehäuses 59 im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe 110 im Vergleich zum Eingangsabschnitt 105 erweitert ist und dass die Turbulenzgeneratorstufe 110 exzentrisch zum Eingangsabschnitt 105 angeordnet ist, um das Erzeugen eines gerichteten Dralls zu unterstützen.
Die in 15 gezeigte Vorrichtung 57' ist ähnlich gestaltet wie die in 13 und 14 dargestellte Anordnung. Die Turbulenzgeneratorstufe 110' weist hier jedoch zwei Umlenkabschnitte 125, 126 auf, die für eine gemeinsame Anströmung nebeneinander angeordnet sind und an einer Übergangskante 129 aneinandergrenzen. Die Übergangskante 129 schneidet die Mittelachse M1 des Eingangsabschnitts 105 senkrecht, so dass sie zumindest im Wesentlichen symmetrisch angeströmt wird. Dadurch ergibt sich die Erzeugung eines Doppeldralls mit zwei gegensinnigen Drallkomponenten 130, 133.
Im Inneren der Turbulenzgeneratorstufe 110' können ein oder mehrere Strömungsleitelemente angeordnet sein. Ebenso können ein oder mehrere Strömungsleitelemente im Eingangsabschnitt 105 oder im Ausgangsabschnitt 107 angeordnet sein und in die Turbulenzgeneratorstufe 110' hineinreichen. Beispielsweise zeigt 16 ein Strömungsleitelement in Form einer hinterströmbaren Zwischenwand 135, die sich im Wesentlichen parallel zur Wandung 113 des Gehäuses 59 ausgehend vom Eingangsabschnitt 105 bis in die Turbulenzgeneratorstufe 110' hinein erstreckt. Wie anhand von 16 deutlich wird, gelangt ein zentraler Teilstrom 140 in den Bereich vor der Zwischenwand 135, wobei ein Doppeldrall mit zwei gegensinnigen Drallkomponenten 130, 133 analog zu der Ausführungsform gemäß 15 erzeugt wird. Ein äußerer Teilstrom 141 gelangt hinter die Zwischenwand 135 und wird wandnah zu den Umlenkabschnitten 125, 126 geleitet. Dadurch ergibt sich die Ausbildung eines Doppeldralls, der gegenüber dem Doppeldrall stromaufwärts der Zwischenwand 135 gerade umgekehrt ist.
17 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie 16, wobei jedoch die Zwischenwand 135' eine Unterbrechung 145 am Übergang vom Eingangsabschnitt 105 zur Turbulenzgeneratorstufe 110' aufweist. Die Unterbrechung 145 stellt einen Bypass für den äußeren Teilstrom 141 bereit. Zudem ist ein weiteres Strömungsleitelement in Form eines rautenförmigen Strömungsteilers 147 stromaufwärts der Zwischenwand 135' angeordnet. Der Strömungsteiler 147 bewirkt eine wandnahe Einleitung des zentralen Teilstroms 140 in den Bereich vor der Zwischenwand 135', wodurch sich für den entsprechenden Teilstrom eine Drallumkehr ergibt.
Bei der in 18 gezeigten Ausführungsform ist die Zwischenwand 135 durchgehend ausgebildet wie die in 16 gezeigte Zwischenwand. Es ist außerdem ein keilförmiger Strömungsteiler 147' vorgesehen.
19 zeigt eine Ausführungsform mit einer unterbrochenen Zwischenwand 135' und einem gekrümmten Leitblech 150, das anstelle eines Strömungsteilers zur Drallumkehr vorgesehen ist.
Bei dem in 20 dargestellten Ausführungsbeipiel ist ebenfalls ein gekrümmtes Leitblech 150 vorgesehen. Die Zwischenwand weist außerdem eine zentrale Öffnung 153 auf.
21 zeigt eine Ausführungsform mit einer durchgehenden Zwischenwand 135 und einem rautenförmigen Strömungsteiler 147.
22 zeigt eine für einen Einfachdrall ausgelegte Turbulenzgeneratorstufe 110 ähnlich der in 14 gezeigten Anordnung. Es ist eine Zwischenwand 155 vorgesehen, die dem Umlenkabschnitt 115 vorgelagert und hinterströmbar ist.
Die Zwischenwand 155 kann sich auch über den Eingangsabschnitt 105 und die Turbulenzgeneratorstufe 110 hinweg erstrecken, wie dies in 23 gezeigt ist.
24 zeigt eine ähnliche Variante wie 23, wobei jedoch die Zwischenwand 155 eine Eingangskrümmung 157 aufweist.
25 zeigt eine Ausführungsform einer für einen Einfachdrall ausgelegten Turbulenzgeneratorstufe 110. Der Umlenkabschnitt 115 weist hier eine Stufe 159 auf, die zusätzliche Turbulenzen erzeugt.
Der in 26 gezeigte Umlenkabschnitt 115 ist ohne Stufe ausgeführt, weist aber eine modifizierte Krümmung zur gezielten Drallreduzierung auf, was in bestimmten Anwendungssituationen vorteilhaft sein kann.
Die in 27 gezeigte Vorrichtung 57 zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Zusatzstoffs in einen Abgasstrom umfasst eine Verdampfereinheit 60 und zusätzlich eine unmittelbar stromabwärts derselben angeordnete Turbulenzgeneratorstufe 65. 28 zeigt den Übergangsbereich 160 zwischen der Verdampfereinheit 60 und der Turbulenzgeneratorstufe 65.
Es kann auch eine für einen Doppeldrall ausgelegte Turbulenzgeneratorstufe 110' mit einer Verdampfereinheit 60 kombiniert sein, wie dies in 29 gezeigt ist. Die Verdampferplatten 70 können grundsätzlich in die Turbulenzgeneratorstufe 110' hineinragen.
Wie vorstehend ausgeführt wurde, sind die in 8 bis 10 gezeigten Aussparungen 77' der Verdampferplatten 90 umso größer, je weiter die betreffende Verdampferplatte 90 von der Einspritzeinrichtung 58 entfernt ist. Diese Charakteristik ist jedoch nicht zwingend. Zur Anpassung an verschiedene Sprühcharakteristiken und/oder Betriebszustände der Abgasanlage kann die Abhängigkeit der Größe der Aussparungen von der Entfernung der betreffenden Verdampferplatte 90 zur Einspritzeinrichtung 58 vielmehr auch einen anderen Verlauf aufweisen.
Beispielsweise zeigt 30 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Aussparungen 77'' der Verdampferplatten 90 umso kleiner sind, je weiter die betreffende Verdampferplatte 90 von einem Einspritzzentrum 170 der Einspritzeinrichtung 58 entfernt ist. Die Pfeilspitzen der Platten 90 zeigen dabei jeweils beispielsweise den Scheitel einer nach links offenen U-Form der Aussparungen 77' an (vgl. Aussparungen 77 in 7). Die schrägen Linien 66 stellen beispielhaft einen Sprühkegel dar, der von der Einspritzeinrichtung 58 erzeugt wird. Die Platten 90 werden im vorliegenden Beispiel mit gleich Massenanteilen mit Reduktionsmittel besprüht.
31 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einer anderen Sprühkegelcharakteristik, bei dem die Größe der Aussparungen 77'' mit zunehmender Entfernung vom Einspritzzentrum 170 zunächst ansteigt und sich dann wieder verringert.
Mit den 30 und 31 lässt sich auch veranschaulichen, wie die verschiedenen Platten 90 unterschiedlichen weit in den Einspritzbereich 66 hineinreichen können (wenn man – abweichend von der vorstehend beschriebenen Variante mit den Aussparungen 77'' – eine gerade Anströmkante der Platten 90 annimmt). Natürlich können die beiden vorstehend beschriebenen Maßnahmen – "Aussparungsprofiländerung als Funktion des Abstands von der Einspritzeinrichtung" und "unterschiedlich weites Hineinragen der Anströmkanten der Platten als Funktion des Abstands von der Einspritzeinrichtung" – bei Bedarf beliebig miteinander kombiniert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend in Bezug auf die einzelnen Ausführungsformen genannten Merkmale in vielfältiger Weise – gewissermaßen baukastenartig miteinander kombinierbar sind, um die erfindungsgemäße Vorrichtung 57, 57' an eine bestimmte Anwendung anzupassen.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine verbesserte Gleichverteilung und Verdampfung eines Fluids in einem strömenden Abgas bei geringem Gegendruck und geringen Anforderungen hinsichtlich des bereitzustellenden Bauraums.
Bezugszeichenliste

50: Abgasstrang
53: Dieseloxidationskatalysator
55: Partikelfilter
57, 57': Vorrichtung zum Einbringen eines Zusatzstoffs in einen Gasstrom
58: Einspritzeinrichtung
59: Gehäuse
60: Verdampfereinheit
65: Turbulenzgeneratorstufe
66: Einspritzbereich
70: Verdampferplatte
71: Halteblech
72: Anströmkante
75: wellenartige Krümmung
77, 77', 77'': Aussparung
82: Abströmkante
83, 83': Anfasung
85: Sägezahnstruktur
86: Oberfläche
90: Verdampferplatte
93: Knick
95, 96: Anordnung von Verdampferplatten
100: Verdampferplatte
103: Freiraum
105: Eingangsabschnitt
107: Ausgangsabschnitt
110, 110': Turbulenzgeneratorstufe
113: Wandung
115: Umlenkabschnitt
116: erster Teilstrom
117: zweiter Teilstrom
125: Umlenkabschnitt
126: Umlenkabschnitt
129: Übergangskante
130: Drallkomponente
133: Drallkomponente
135, 135': Zwischenwand
140: zentraler Teilstrom
141: äußerer Teilstrom
145: Unterbrechung
147: rautenförmiger Strömungsteiler
147': keilförmiger Strömungsteiler
150: gekrümmtes Leitblech
153: zentrale Öffnung
155: Zwischenwand
157: Eingangskrümmung
159: Stufe
160: Übergangsbereich
170: Einspritzzentrum
S: Strömungsrichtung
H: Haupteinspritzrichtung
M1, M2: Mittelachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012221342 A1 [0019, 0092]

Claims

Vorrichtung (57, 57') zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, insbesondere zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, mit einem Gehäuse (59), das von dem Gasstrom in einer Strömungsrichtung (S) durchströmbar ist, mit wenigstens einer in das Gehäuse (59) mündenden Einspritzeinrichtung (58) zum Einspritzen der Flüssigkeit in einen Einspritzbereich (66) und mit einer Verdampfereinheit (60), die mehrere Verdampferplatten (70, 90, 100) umfasst, welche in dem Gehäuse (59) über dessen Strömungsquerschnitt verteilt und zumindest teilweise in den Einspritzbereich (66) hineinragend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70, 90, 100) derart angeordnet und geformt sind, dass eine vorgegebene Beaufschlagungscharakteristik erzielbar ist, bei der in einem vorgegebenen Betriebszustandsbereich der Vorrichtung (57, 57') für jede der Verdampferplatten (70, 90, 100) die Masse an pro Zeiteinheit oder Einspritzvorgang auf ihr auftreffender Flüssigkeit und/oder die Flächenbeaufschlagungsdichte der auf ihr auftreffenden Flüssigkeit zumindest im Wesentlichen gleich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70, 90, 100) zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich weit in den Einspritzbereich (66) hineinragen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70) zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich gekrümmte An- und/oder Abströmkanten (72, 82) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70) eine konkave Anströmkante (72) und wenigstens eine weitere der Verdampferplatten (70) eine konvexe Anströmkante (72) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70, 90) zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik mit zumindest einer Aussparung (77, 77', 77'') versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70, 90) zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik unterschiedlich große und/oder unterschiedlich geformte Aussparungen (77, 77', 77'') aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (77, 77', 77'') oder alle Aussparungen (77, 77', 77'') in den Einspritzbereich (66) hineinragt/hineinragen oder vollständig innerhalb des Einspritzbereichs (66) angeordnet ist/sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70) zur Erzielung der Beaufschlagungscharakteristik einen gekrümmten Flächenabschnitt (75), vorzugsweise mehrere in unterschiedliche Richtungen gekrümmte Flächenabschnitte, aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einen der Verdampferplatten (70) zumindest abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet sind, insbesondere an einem stromabwärtigen Abschnitt.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (90, 100) in einem Querschnitt des Gehäuses (59) gesehen zumindest abschnittsweise geneigt oder schräg angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (57, 57') zwei getrennte Anordnungen (95, 96) aus mehreren benachbarten, insbesondere jeweils parallel zueinander verlaufenden Verdampferplatten (100) umfasst, wobei die Verdampferplatten (100) der beiden Anordnungen (95, 96) schräg zueinander verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verdampferplatten (100) der beiden Anordnungen (95, 96) ein Freiraum (103) besteht, insbesondere wobei der Freiraum (103) bezüglich des Querschnitts des Einspritzbereichs (66) mittig angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (90) einen, vorzugsweise parallel zur Strömungsrichtung (S) verlaufenden, Knick (93) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70, 90, 100) zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung (S) angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (57, 57') wenigstens drei und bevorzugt wenigstens vier zumindest im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnete Verdampferplatten (70, 90, 100) umfasst, die in gleicher gegenseitiger Beabstandung angeordnet sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampferplatten (70, 90, 100) gegenüber der Strömungsrichtung (S) zumindest abschnittsweise angestellt sind.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (58) eine Haupteinspritzrichtung (H) definiert, die rechtwinklig oder schräg zur Strömungsrichtung (S) verläuft.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verdampferplatten (70, 90, 100) unterschiedlich weit entlang der Strömungsrichtung (S) erstrecken.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die am weitesten von der Einspritzeinrichtung (58) entfernte Verdampferplatte (70, 90) am weitesten entlang der Strömungsrichtung (S) erstreckt.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70) eine gezahnte Anströmkante (72) und/oder eine gezahnte Abströmkante (82) aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70) eine Anströmkante (72) und/oder eine Abströmkante (82) aufweist, die mit einer Anfasung (83, 83') versehen ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70, 90, 100) perforiert ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70, 90, 100) eine zumindest abschnittsweise aufgerauhte Oberfläche aufweist.
Vorrichtung (57, 57') zum Einbringen und Verteilen einer Flüssigkeit in einen Gasstrom, insbesondere zum Einbringen und Verteilen eines flüssigen Reduktionsmittels in einen Abgasstrom, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Gehäuse (59), das einen Eingangsabschnitt (105), einen Ausgangsabschnitt (107), und eine in Strömungsrichtung (S) des Gasstroms zwischen dem Eingangsabschnitt (105) und dem Ausgangsabschnitt (107) liegende Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') aufweist, und mit einer stromaufwärts der Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') in das Gehäuse (59) mündenden Einspritzeinrichtung (58) zum Einspritzen der Flüssigkeit in einen Einspritzbereich (66), wobei der Eingangsabschnitt (105) und der Ausgangsabschnitt (107) derart ausgestaltet sind, dass Längsachsen der jeweiligen Strömungshauptrichtung oder Mittelachse (M1, M2) des Gehäuses (59) im Bereich des Eingangsabschnitts (105) und des Ausgangsabschnitts (107) schräg, insbesondere senkrecht zueinander angeordnet sind und wobei eine Wandung (113) des Gehäuses (59) im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') einen Umlenkabschnitt (115, 125, 126) aufweist, der von zumindest einem Teil des von dem Eingangsabschnitt (105) kommenden Gasstroms anströmbar ist und der zur Erzeugung einer Drallkomponente im Gasstrom zumindest abschnittsweise gekrümmt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkabschnitt (115, 125, 126) zumindest abschnittsweise auch in einer Ebene senkrecht zur Krümmungsebene gekrümmt ist, insbesondere ausgewölbt oder bauchig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungshauptrichtung im Bereich des Eingangsabschnitts in einer Krümmungsebene des Umlenkabschnitts (115, 125, 126) liegt.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der jeweiligen Strömungshauptrichtung oder Mittelachse (M1, M2) einen Winkel von wenigstens 70° und vorzugsweise von etwa 90° einschließen.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt des Gehäuses (59) im Bereich der Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') erweitert ist, vorzugsweise um mindestens 150% und höchstens 200%.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrum der Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') bezüglich der Längsachse der Strömungshauptrichtung oder Mittelachse (M1) des Eingangsabschnitts (105) und/oder bezüglich der Längsachse der Strömungshauptrichtung oder Mittelachse (M2) des Ausgangsabschnitts (107) versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzgeneratorstufe (110') zwei Umlenkabschnitte (125, 126) aufweist, die für eine gemeinsame Anströmung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere wobei die Krümmungen der beiden Umlenkabschnitte (125, 126) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkabschnitte (125, 126) an einer Übergangskante (129) aneinandergrenzen, die eine Mittelachse (M1) des Eingangsabschnitts (105) schneidet und/oder die parallel zu einer Mittelachse (M2) des Ausgangsabschnitts (107) verläuft.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Strömungsleitelement (135, 135', 147, 147', 155) im Inneren der Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') angeordnet ist oder in diese hineinreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement zumindest im Bereich des Umlenkabschnitts (115, 125, 126) eine der Wandung (113) vorgelagerte und hinterströmbare Zwischenwand (135, 135', 155) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (135, 135', 155) zumindest für einen Teilstrom (141) des Gasstroms eine wandnahe Einleitung zu dem Umlenkabschnitt (115, 125, 126) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine oder ein weiteres Strömungsleitelement als Strömungsteiler (147, 147') ausgeführt ist, insbesondere wobei der Strömungsteiler (147, 147') einen keilförmigen oder rautenförmigen Längsschnitt aufweist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Strömungsleitelement (135, 135', 147, 147', 155) eine Anströmkante (72) und/oder eine Abströmkante (82) aufweist, die mit einer Anfasung (83, 83') versehen ist.
Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') unmittelbar stromabwärts einer mehrere Verdampferplatten (70, 90, 100) umfassenden Verdampfereinrichtung (60) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Verdampferplatten (70, 90, 100) in die Turbulenzgeneratorstufe (65, 110, 110') hineinragt.